3D打印技術在復雜脛骨平臺骨折術前規(guī)劃中的應用

王　敏，董樂樂，魏海濤，連建強，郭鵬年，劉　瑞

(1包頭醫(yī)學院；2包頭醫(yī)學院第一附屬醫(yī)院骨二科，內蒙古 包頭 014010)

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3D打印技術在復雜脛骨平臺骨折術前規(guī)劃中的應用

王敏1,2，董樂樂2，魏海濤2，連建強2，郭鵬年2，劉瑞2

(1包頭醫(yī)學院；2包頭醫(yī)學院第一附屬醫(yī)院骨二科，內蒙古 包頭 014010)

【摘要】目的：探討Mimics軟件三維重建結合快速成形技術在脛骨平臺骨折治療中的應用，并對其臨床效果進行評估. 方法：選取2013-11/2015-10包頭醫(yī)學院第一附屬醫(yī)院復雜脛骨平臺骨折患者60例，隨機分為3D打印術前規(guī)劃的試驗組(n=30)及常規(guī)手術的對照組(n=30). 分別對分型正確率、手術時間、手術效果等數(shù)據(jù)進行比較. 結果：與對照組相比，試驗組分型正確率高、手術時間短、手術效果優(yōu)良率高，差異具有統(tǒng)計學意義(P<0.01). 結論：結合3D打印技術的術前規(guī)劃有助于提高脛骨平臺骨折分型準確率、手術效率及手術滿意度，具有一定的借鑒性.

【關鍵詞】復雜脛骨平臺骨折;3D打印技術;術前規(guī)劃

0引言

脛骨平臺骨折是臨床上常見的骨折，屬關節(jié)內骨折. 多由間接暴力或直接暴力引起，占所有骨折的1.3%[1]，是膝關節(jié)創(chuàng)傷中常見的骨折之一. 脛骨平臺在人體負重和行走的過程中發(fā)揮著重要作用，因此對骨折復位的要求比較高. 準確的骨折分型是選擇正確治療方法的基礎. 復雜脛骨平臺骨折，一般指Schatzker分型Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ型，其臨床表現(xiàn)復雜多變，往往給臨床治療帶來很大的難度. 有研究[2]表明，術后10年需要全膝關節(jié)置換的患者大約占7.3%. 因此，正確的術前診斷及明確的骨折分型，對于手術計劃的制訂和治療有著至關重要的作用. 本研究利用3D打印技術制作脛骨平臺骨折實物模型，用于骨折的診斷分型及手術治療，取得滿意療效，現(xiàn)報道如下.

1 資料和方法

1.1一般資料選取2013-11/2015-10包頭醫(yī)學院第一附屬醫(yī)院復雜脛骨平臺骨折患者60例，隨機分為3D打印術前規(guī)劃的試驗組(n=30)及常規(guī)手術的對照組(n=30). 常規(guī)手術組男19例，女11例，年齡20～74(平均47.50±7.96)歲. 3D打印組男18例，女12例，年齡21～73(平均48.50±8.24)歲. 兩組患者均在患肢牽引7～10 d后手術. 所有患者均屬于新鮮脛骨平臺骨折，同時排除：①合并重要臟器損傷患者；②脛骨神經(jīng)壞死患者；③先天性畸形者等. 兩組患者的性別、年齡、分型等一般資料比較，差異均無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，具有可比性.

1.2方法常規(guī)手術組，術前常規(guī)行X線、CT檢查，明確診斷后行手術治療.

3D打印組，所有患者均行CT掃描，層厚1 mm，獲取DICOM數(shù)據(jù)導入Mimics10.0軟件，運用閾值分割、區(qū)域增長和3D建模等工具建立脛骨平臺骨折三維模型，保存為STL文件，導入3D打印機(Stratasys公司Objet24快速成型機)，制作出與實體1∶1等比例大小的脛骨平臺骨折模型. 根據(jù)實物模型模擬手術，決定內固定的類型、長度及預彎程度，所選螺釘規(guī)格、數(shù)量，如患者需要植骨，可以計算所需植骨量. 規(guī)劃完成后行手術治療.

1.3觀察指標及評價標準

1.3.1分型標準參照脛骨平臺骨折Schatzker分型標準，具體如下. Ⅳ型：內側平臺骨折；Ⅴ型：涉及內、外側平臺劈裂的雙髁骨折；Ⅵ型：平臺骨折涉及干骺端與骨干間骨折，致脛骨髁部與骨干部分離. 分型正確率=分型正確例數(shù)/總例數(shù)×100%.

1.3.2觀察指標記錄兩組患者從開皮到切口縫合的實際手術時間，手術均由同一高年資的主任醫(yī)師完成.

1.3.3手術效果判定標準兩組指導手術效果采用Rasmussen法[3]進行評定，具體如下. ①優(yōu)：并無明顯疼痛，行走能力正常，膝關節(jié)的屈伸與活動正常，膝關節(jié)穩(wěn)定；②良：偶爾疼痛，行走能力>1 h，膝關節(jié)屈伸缺失<10°，活動度>120°，屈伸20°不穩(wěn)定；③中：固定或持續(xù)疼痛，僅能行走幾分鐘，膝關節(jié)屈伸缺失>120°，活動度僅為60°～90°，伸直不穩(wěn)定；④差：靜坐痛，不能行走、屈伸，活動度<60°.

2結果

2.1兩組分型正確率比較依術中所見判斷分型正確情況，常規(guī)手術組分型正確率低于3D打印組，錯誤率高于3D打印組，差異具有統(tǒng)計學意義(P<0.01,表1).

表1兩組分型正確率比較

[n=30,n(%)]

bP<0.01vs常規(guī)手術組.

2.2兩組手術時間比較3D打印組手術時間較常規(guī)手術組短，差異具有統(tǒng)計學意義(P<0.05,表2).

表2兩組手術時間比較

bP<0.01vs常規(guī)手術組.

2.3兩組指導脛骨平臺粉碎性骨折手術效果比較3D打印組Ⅴ、Ⅵ型手術優(yōu)良率均高于常規(guī)手術組，差異具有統(tǒng)計學意義(P<0.01)，但Ⅳ型無統(tǒng)計學意義(P>0.05,表3)，考慮與實驗例數(shù)尚少有關.

表3兩組指導脛骨平臺粉碎性骨折手術效果比較

[n=30,n(%)]

bP<0.01vs常規(guī)手術組.

3 討論

脛骨平臺骨折在臨床工作中十分常見，其中脛骨平臺粉碎性骨折是其中最為嚴重的骨折類型，Schatzker分型常在Ⅳ型以上，又稱復雜脛骨平臺骨折[4]. 臨床上常以手術治療作為脛骨平臺粉碎性骨折的首選治療手段[5-6]. 由于其病情復雜，傳統(tǒng)輔助檢查如X線、CT常出現(xiàn)誤診、漏診以及明確診斷后的骨折分型錯誤等現(xiàn)象. 術者常根據(jù)主觀產(chǎn)生的三維印象選擇手術入路、術式，單方面的制定手術方案，由于術前準備不充分，術中常常面臨沒有合適的鋼板可供選擇等窘境，勉強植入效果又不甚理想，導致復雜脛骨平臺骨折內固定植入效果參差不齊，手術效果僅取決于術者的經(jīng)驗與熟練程度. 因此，詳盡合適的術前手術方案設計顯得尤為重要[7]. 傳統(tǒng)手術術前設計主要關注手術入路、術式選擇、骨折以及骨缺損等情況，往往忽視內固定植入所需的接骨板和螺釘?shù)囊?guī)格、植入位置、螺釘植入方向等重要因素. 近年來，隨著3D打印技術的快速發(fā)展，利用Mimics軟件結合快速成形技術，打印出骨折部位的1∶1實體模型，直觀再現(xiàn)了骨折部位的實際情況，在此基礎上的術前規(guī)劃勢必更加詳盡周全，進而提高手術成功率及滿意度[8-10].

本研究結果顯示，對于復雜脛骨平臺骨折而言，3D打印組相較于常規(guī)手術組，診斷及分型正確率高，手術時間短，Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ型手術優(yōu)良率均高于常規(guī)手術組，但IV型無統(tǒng)計學意義，考慮與實驗例數(shù)尚少有關. 由此可以看出，3D打印技術在復雜脛骨平臺骨折的診斷及治療方面明顯優(yōu)于傳統(tǒng)手術方式. 3D打印骨折模型可以直觀地顯示骨折線的走向，骨折塊的數(shù)量和移位情況，真實反映骨折原貌，幫助醫(yī)師進行準確的Schatzker分型[11]. 術前在3D模型上進行仿真手術模擬，為骨科醫(yī)師在術前設計手術方案及判斷手術效果時增加更多數(shù)據(jù)支持，使骨折復位達到或接近解剖復位，同時可以使內固定物的位置、規(guī)格、所選螺釘數(shù)量及長度更具科學性,使內固定材料的匹配性更好，進而顯著降低手術時間，減少手術出血量，降低手術風險，提高手術成功率. 這一工程學與醫(yī)學技術的完美結合，使臨床醫(yī)師更好地理解所面臨的疾病，從而提高整體醫(yī)療水平[12]. 美中不足的是，雖然3D打印骨折模型在脛骨平臺骨折的診斷、分型和術前指導方面有一定的優(yōu)勢，但其需要軟件及硬件多方面的支持，且模型制作過程較長，極大地增加了患者住院的費用，因此目前在臨床廣泛應用還存在一定的困難. 不過隨著3D打印技術的不斷發(fā)展與革新，伴隨著打印制作成本的降低，打印精度與速度的提高以及打印模型力學強度的增加，3D打印技術在以后的臨床工作中必將得到廣泛的應用與推廣[13].

【參考文獻】

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文章編號：2095-6894(2016)05-48-03

收稿日期：2016-04-18；接受日期：2016-04-30

作者簡介：王敏. E-mail:wang2016@163.com

【中圖分類號】R687.3

【文獻標識碼】A

·臨床與轉化醫(yī)學·